[发明专利]用于换热器中的薄板的在高温下具有高强度的夹层材料

说明书

技术领域

本发明涉及制造钎焊用夹层材料的方法、制备经钎焊产品的方法，以及经钎焊产品的应用。本发明还涉及通过所述方法制得的夹层材料和通过所述方法制得的经钎焊产品。

背景技术

铝是常用于通过钎焊制造产品的材料。铝可通过添加各种合金材料例如Mn、Mg、Ti、Si而铸成合金，并且铝合金的强度受到颗粒偏析或者与铝形成固溶体的合金材料的影响。

以上类型的钎焊用材料可通过在钎焊前对其进行冷加工而在钎焊后被赋予高强度，冷加工即在温度低于200℃下进行轧制或拉伸，其提高强度，并由此它在钎焊时不失去强度的提高。这意味着该材料在整个钎焊所必需的热处理过程中避免了重结晶。此外，该材料在不低于300℃的高温下使用时可被赋予高疲劳强度和抗蠕变性。该高温下高强度的产生是因为在冷加工过程中通过选择足够低的变形程度而降低重结晶的驱动力，并因为产生每单位体积足够大量的颗粒使约束力提高。

钎焊用材料可被具有高硅含量的合金的钎焊层包覆。在钎焊中，使该材料与另一部件接触，并在钎焊炉中加热。钎焊层中的高硅含量使钎焊层在比下面的芯层更低的温度下熔化，因毛细作用力和表面张力差异而流出，与另一部件形成焊缝。

另一钎焊材料的变例不包括任何钎焊层，但是，它被钎焊至包括该层的材料。例如，该材料可用于换热器例如由薄铝板折叠的汽车散热器中所谓的“翅片”(ranks)。在制造换热器时，翅片紧靠钎焊包覆管排列，然后在钎焊炉中加热，使得管上的钎焊层熔化，并因毛细作用力和表面张力差异而流出，在翅片与管之间形成焊缝。

气/液换热器例如汽车散热器中的翅片的首要功能是将热从管中的液体传导向气体。翅片通常具有附加的任务。钎焊在很高的温度下进行，以至材料可在仅受到由其自身重量产生的机械应力而发生蠕变变形。翅片必须不变得太软以至于它们塌陷，而是有助于保持换热器的形状。翅片在此方面的能力(它们的“抗挠曲性”)通过在加热至600℃的炉的一端水平固定特定长度(例如50mm)的板条而进行测定。在炉已冷却时，测定自由端的挠曲度。换热器耐受运行时管中可产生的高压的能力也是重要的，在这样的运行中，翅片有助于耐受此高压。若翅片在高温下也具有高强度，则管件可以更细，这意味着换热器重量减轻。

若到达钎焊料的熔化温度之前，经钎焊的部件材料被加热至钎焊温度时未重结晶，则来自钎焊料的硅渗入受钎焊的材料。这在薄板，例如翅片中势必造成熔化和塌陷的风险，或可形成不完全或较差的具有大孔隙的焊缝。硅渗入通过扩散、外层的熔化或者所谓的“液膜迁移”发生[参见例如A.Wittebrod，S.Desikan，R.Boom，L.Katgerman，Materials Science Forum Vols.519-521，(2006)pp.1151-1156)]。

因此，在钎焊过程中未重结晶的上述钎焊材料必须具有阻隔层。将由多层组成的材料恰当地称为夹层材料。阻隔层的功能是减少钎焊过程中硅从钎焊料渗入下面的芯材中，并由此确保形成良好的焊缝，使得芯材不开始熔化。硅的渗入特别易于在晶界处发生。因此，需要在阻隔层中形成大晶粒，使得几乎不存在晶界。

常规高强度钎焊材料(例如含有高含量的锰)的一个问题是其抗腐蚀性不是最好的。含有铁、锰和铝的金属间颗粒比周围的铝基体更偏惰性，这在潮湿环境中产生点蚀。在此方面，仅以铁和硅为合金材料且铁含量低的市售纯铝具有大幅更好的性质。因此，可优选构成阻隔层和芯层以使夹层材料具有良好的抗腐蚀性。

若空气/水换热器中的管开始腐蚀，它们会渗漏，这必须被阻止。因此，常把锌添加入翅片中的合金，以使它们相对于管件具有更低的电势，并提供所谓的阴极保护。当然，这对于翅片造成更全面的腐蚀。但这是可接受的，而导致翅片更快速溶解的晶粒间腐蚀和点蚀必须不可发生。一种进一步改进抗腐蚀性的方法是提高芯层的电化学电势。这可通过例如使用铜、锰或一些其他合金材料实施，所述合金材料提高固溶体中的电化学电势，并在钎焊过程中加入固溶体中。

已知类型的钎焊材料的一个问题是它们在高温下缺乏足够的疲劳强度和抗蠕变性。若在测试时温度高(超过200℃)，则用于材料的抗蠕变性的疲劳应力的使用期也将在相当高的应力下受限制。因为金属间偏析对高温下的强度作用很大，重要的是，它们稳定并且不随着时间过快地溶解。特别重要的是不重结晶的芯材，因为偏析延迟重结晶的过程。